Tribologie von Radial-Wellendichtungen
Dissertation
von Christian BerndtDichtungen spielen für die Funktion von Maschinen eine zentrale Rolle. Sie verhindern
den Austritt von Schmierstoffen aus dem Innenraum in die Umgebung und das Eindringen
von Schmutz von Auÿen. Neben einer möglichst guten Abdichtung ist jedoch auch
die durch die Dichtung auftretende Reibung von immer gröÿerer Bedeutung für die
Funktionalität von Maschinen und Anlagen. Aus diesem Grund wird in der vorliegenden
Arbeit untersucht, welche wesentlichen Einflussfaktoren das Reibmoment, bzw.
den Reibwert von Radialwellendichtungen, beeinflussen. Experimentelle Untersuchungen
erfolgen dafür an einem speziell entwickelten Versuchstand. Dabei wird ersichtlich,
dass die Umfangsgeschwindigkeit, die Schmierstoffviskosität und die Temperatur
im Dichtkontakt die wesentlichsten Einflussfaktoren bei einer festen Kombination aus
Dichtung und Gegenlauffläche darstellen. Im Vergleich zwischen verschiedenen Dichtungen
spielt zudem die Radialkraft der Dichtung eine entscheidende Rolle.
Des weiteren wird ein komplexes Modell entwickelt, welches die Effekte im tribologischen
Kontakt beschreibt und so das Reibmoment der Dichtung berechenbar macht.
Berücksichtigt werden dabei sowohl die durch Oberflächenstrukturen beeinflusste Fluidreibung
im Schmierspalt, als auch die Hysteresereibung im Dichtungsmaterial und die
Temperatur im Dichtkontakt. Durch die Kopplung der Einzelmodelle wird zudem die
gegenseitige Beeinflussung berücksichtigt. Die Simulationsergebnisse ermöglichen einen
tiefen Einblick in das Zusammenwirken der Phänomene im Dichtkontakt. Das Modell
erlaubt die Berechnung des Reibwertes der Dichtung anhand der Betriebsbedingungen.
Der Vergleich zwischen numerischen und experimentellen Ergebnissen zeigt eine sehr
gute Übereinstimmung.
Ein weiteres, vereinfachtes Modell auf Basis der Gümbelzahl ermöglicht die direkte
und extrem schnelle Berechnung des Reibwertes der Dichtung. Das reduzierte Modell
kann hierbei sowohl von experimentellen als auch numerischen Ergebnissen parametriert
werden.
